实现核环境、水下环境、空间环境和其它极限环境下的遥控焊接是国际焊接领域面临的重要课题。随着机器人遥操作及相关技术的发展，已经能实现半结构化环境和非结构化环境下的某些遥操作任务。然而，遥控焊接操作复杂、精度要求高、控制参数较多以及焊接过程的实时性特点，限制了遥操作技术在焊接领域的应用。本文将机器人遥操作与焊接智能化技术相结合，对焊接遥操作机器人系统及其控制策略进行了研究。　　焊接遥操作的研究核心是通过提高遥操作的人机交互能力完成遥控焊接任务。通过对遥控焊接任务空间从宏观到微观的分析，建立了焊接遥操作智能分配的人机协作模型。通过焊接过程分析，提出“宏观遥控、局部自主”的控制思想，具体实现上设计了人机协作控制策略，任务执行时，操作者的手动命令始终保持在系统中，通过自由运动区的宏观引导，受限运动区的低速引导定位，焊接区的自主、自动或者共享控制实现遥控焊接。　　由于人机协作控制策略具有面向具体任务的特点，提出并建立了基于任务的分层递阶体系结构模型，划分为：遥操作控制层、任务调度与决策层、运动规划与控制层、自主规划层、任务执行层和物理层，基于该系统模型，开发了焊接遥操作系统—弧焊遥操作机器人系统(AWTRS)。针对AWTRS的人机交互特点，提出了五种作业方式：直接控制、遥控示教、共享控制、自主跟踪控制和虚拟环境监督控制。通过分析该系统的信息交互机制，提出了虚拟控制单元(VCU)的概念，对AWTRS的焊接遥操作多模式人机界面、传感系统等各功能子系统进行抽象表达，通过VCU之间的信息交互实现五种作业方式。采用受控Petri网对具有典型混杂动态系统特征AWTRS进行建模，描述系统并发、异步和实时的特点。　　对工业机器人传统示教方法进行改进，提出一种新遥控示教技术－激光视觉传感辅助遥控示教，并给出了激光视觉传感辅助遥控示教算法，对焊缝特征点自动提取。遥控示教综合了基于视觉临场感的直接控制、激光视觉传感和基于人机交互路径规划三种技术。采用速率解析算法焊接遥操作的直接控制，并开发了空间鼠标的接口程序。设计并建立了视觉临场感系统，提出其核心技术—立体视觉显示的同步问题和闪烁问题的解决措施。激光视觉传感辅助遥控示教能快速多种形式焊缝，增强了系统的执行能力。　　针对焊接遥操作的避障、提高控制精度和操作连续性问题，提出了基于共享控制的解决措施，建立了焊接遥操作的共享控制模型。针对不同类型的障碍，提出两种焊枪运动的共享控制算法：自由度分割算法和自由度加权融合算法。通过共享控制，能够进行避障、保持操作连续性和提高系统的执行性能；操作者专注于控制单独的自由度，控制精度提高。　　AWTRS实现遥控焊接主要方式是监督控制，包括任务规划和任务执行两个阶段。为了实现遥控焊接的多角度监控，避免弧光对视觉反馈的影响，对基于虚拟环境的监督控制深入研究，提出实现虚拟监控的两种方法：基于自主规划的虚拟监控、基于离线编程的虚拟监控。虚拟环境监督控制的实现为大时延下的遥控焊接研究奠定了基础。为了建立远端环境到虚拟环境之间的映射，开发了基于人机交互的环境标定算法，该算法充分利用遥操作中的人机交互，进行图像特征点定位，从而得到工件到焊枪的位姿转换矩阵。该方法解决了模型已知而位姿关系未知的遥控焊接任务执行的虚拟监控问题。　　为了增强对非结构化环境的适应性和提高系统执行能力，开发了AWTRS的多模式人机界面(WMHMI)，集成了视觉、系统状态、空间鼠标、传感器等多种信息，可完成直接控制、激光视觉传感辅助遥控示教、共享视觉控制和监督控制等。WMHMI与机器人控制器采用基于C/S的通讯方式，设计了信息传递的编码规则，并开发了通讯模块。　　分别对平面直线焊缝和曲线焊缝进行直接控制和共享控制的跟踪和焊接，对非结构化环境的空间曲线焊缝采用激光视觉传感辅助遥控示教，实验结果表明：系统设计可行，运行平稳、信息反馈充分、设计可行；设计的人机协作控制策略增强了对非结构化环境的适应性，提高操作效率和系统的执行能力。